KR19990083561A - 리프팅피스톤의내연기관 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 대형 디젤 모터의 리프팅 피스톤(lifting piston) 내연 기관(internal combustion engine)은 적어도 하나의 배기 가스 터보 블로어(turboblower: 6)를 구비하고, 상기 터보 블로어의 차지 출구(charge exit: 13)는 연결 도관을 사용하여 다음에 배치되는 차지 냉각기(charge cooling: 12)와 결합되며, 상기한 장치들은 소리의 발산을 감소시키기 위한 수단에 배치된다. 소리 차단 수단의 수명이 길고 작동이 잘 되는 조밀한 구조물은 상기 배기 가스 터보 블로어(6) 영역 내에서 헬름홀쯔 공진기(Helmholtz-resonator)의 원리에 입각한 소음기(sound absorber: 21) 및 적어도 하나의 챔버(chamber: 25)를 구비한 적어도 하나의 유동 안내 요소(flow guide element)를 포함하며, 상기 챔버는 구멍 난 플레이트(23)에 의해 유동 채널(flow channel: 22)과 분리되며, 상기 소음기는 채널(25)의 용적과 상기 구멍 난 플레이트(23)의 구멍(26)내에 존재하는 공기의 양에 따라서 작동한다.

Description

리프팅 피스톤의 내연 기관 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF LIFTING PISTON}
본 발명은 대형 디젤 모터의 리프팅 피스톤(lifting piston) 내연 기관(internal combustion engine)에 관한 것으로서, 상기 내연 기관은 적어도 하나의 배기 가스 터보 블로어(turboblower: 6)를 구비하고, 상기 터보 블로어의 차지 출구(charge exit: 13)는 연결 도관을 사용하여 차지 냉각기(charge cooling: 12)와 결합되며, 상기한 장치들은 소리의 발산을 감소시키기 위한 수단에 배치된다.
지금까지는 배기 가스 터보 블로어에서 생성된 소리의 발산을 특히 위험 요소의 소리를 차단함으로써 줄이는 방법이 연구되었다. 여기에서 상기 도관의 전체 길이 방향 위에서, 특히 하우징의 전체 상부 표면 위에서 차단이 이루어질 경우, 도관 및 하우징의 소리 차단이 성공적으로 이루어질 수 있다. 그러나 상기한 방법은 구조적인 이유로서 불가능하다. 그 이유는 상기 소리 차단부가 함석판으로 덮여진 비교적 두꺼운 밀봉 물질 층(seal material layer)으로 구성되기 때문이다. 상기와 같은 소리 차단부는 불필요하게 많은 공간을 차지하게 된다. 이외에도 상기 소리 차단부의 설비시에 많은 비용이 들게 된다. 왜냐하면, 위험한 도관등이 일반적으로 불리한 영향을 주기 때문이다. 상기 밀봉 물질이 상기 배기 가스 터보 블로어의 영역에서 생겨난 온도에서 쉽게 변형될 수 있어서 정해진 시간이 지나면 차단 작용이 감소되어진다는 단점이 있다.
유럽 특허 EP 0 779 415 A1로 부터 디젤 모터의 배기 가스관내에 삽입되는 원자로 챔버(reactor chamber)용 소음기가 공지되어 있다. 소음기는 요소(尿素)가 포함된 배기 가스의 급기(給氣)를 위한 설비를 갖추고 있다. 상기처럼 공지된 소음기는 큰 창문 형태의 개구를 거쳐 유동 채널과 결합된 원자로 챔버를 구비하며, 상기 원자로 챔버의 길이(length)는 발생된 음파(音波)의 파장과 서로 일치하며, 그 깊이(depth)는 상기 유동 채널의 직경의 반 정도이다. 이로써 상기 소음기가 매우 부피가 큰 구조물이 되는 것이다. 그렇기 때문에 공지된 소음기는 배기 가스 터보 블로어 영역 내에 즉, 배기 가스관에서와는 전혀 다른 파장이 발생되는 영역 내에 불필요하게 된다. 이외에도 마찰 손실이 적어지고 이로 인해 댐핑(damping)이 약화된다.
본 발명에 의한 목적은 처음에 언급한 방식의 배치를 간단하고 비용이 저렴한 수단을 사용하여 개선시켜서 소리 차단 수단이 간단하고 조밀한 구조물이 될 뿐만 아니라 높은 댐핑력 및 긴 수명을 가지도록 형성시키는 것이다.
본 발명에 의한 목적의 해결책은 하기와 같다. 상기 배기 가스 터보 블로어 영역 내에서 헬름홀쯔 공진기(Helmholtz-resonator)의 원리에 입각한 소음기(sound absorber) 및 적어도 하나의 챔버(chamber)를 구비한 적어도 하나의 유동 안내 요소(flow guide element)를 포함하며, 상기 챔버는 구멍 난 플레이트에 의해 유동 채널(flow channel)과 분리되며, 상기 소음기는 채널의 용적과 상기 구멍 난 플레이트의 구멍내에 존재하는 공기의 양에 따라서 작동한다.
헬름홀쯔-원리에 의해 작동하고 본 발명에 의해 삽입되는 소음기(sound absorber)는 바람직하게도 조밀한 구조물임에도 불구하고 소리 에너지(sound energy)를 완전히 없앨 수 있다. 실제적으로 스프링-보디-완충 시스템(spring-body-vibration system)이 상기 구멍난 플레이트의 각각의 구멍 영역에서 생겨나며, 상기 구멍내의 유체양(fluid mass)은 상기 시스템 내에서 음파의 자극에 의해서 진동하게 되고, 이때 상기 챔버내의 유체 용적(fluid volume)은 스프링으로서 작용한다. 구멍의 벽에 생성된 강한 마찰에 의해 강한 댐핑이 생성된다. 이와 동시에 만약 도관(conduit)의 단면에만 본 발명에 의한 소음기가 형성된다면, 소리 차단부와는 대조적으로 본 발명에 의한 소음기의 사용은 이미 비교적 양호하게 작동할 수 있을 것이다. 본 발명에 의한 소음기가 방사상 방향으로 즉, 구멍난 플레이트에 대해 수직 방향으로 비교적 적은 공간에 필요하기 때문에, 본 발명에 의한 소음기의 배치는 도관 및 하우징의 주변 영역 내에서는 불가능하고 오히려 상기 배기 가스 터보 블로어 내에 직접 설치하는 것이 가능하다. 또한 본 발명에 의한 소음기는 비교적 큰 진동수 대역(frequency band)에서 댐핑되도록 설계되었다.
상기한 조치에 대한 바람직한 실시 행태 및 목적에 맞는 향상은 후속 청구항에서 나타난다.
그래서 목적에 맞게 상기 배기 가스 터보 블로어로부터 떨어진, 특히 파이프형태인 적어도 하나의 부재가 소음기와 함께 구비될 수 있다. 상기 파이프형 부재의 영역 내에 적은 비용으로 본 발명에 의한 소음기가 사용될 수 있다.
본 발명에 의한 소음기의 적당한 위치는 상기 배기 가스 터보 블로어의 차지 출구(charge exit)에 연접한 연결 도관이다. 이렇게 함으로써 상기 배기 가스 터보 블로어의 컴프레서(compressor)에서 생겨난 소음이 유동 방향으로 확산되는 것을 간단하게 차단할 수 있다.
상기 구멍난 플레이트의 모든 구멍들이 공통의 챔버로 통하는 것이 바람직하다. 이것은 특히 간단하고 비용이 저렴한 실시형태이다.
상기 구멍난 플레이트로부터 경계를 이루는 공간을 격벽(隔璧)에 의해 복수의 작은 챔버로 분할되는 것도 생각할 수 있다. 이로써 댐핑 작용(damping action)이 개별적인 챔버의 영역 내에서 각양각색의 진동수에 대해서 최적화 됨으로써 특별히 넓게 퍼진 진동수 대역 내에서 댐핑 작용이 향상될 것이다.
보다 중요한 방법은 유리하게 형성되고 목적에 맞게 향상되어 첨부되는 특허 청구 범위에서 기술될 것이고 첨부되는 도면에 따른 실시예의 설명을 참조하면 더욱 명백히 이해 될 수 있다.
도 1은 배기 가스 터보 블로어가 구비된 대형 디젤 모터의 도면.
도 2는 헬름 홀쯔-공진기의 작동 원리를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 소음기를 구비한 배기 가스 터보 블로어의 차지 출구에 연접하는 파이프 관의 단면도.
도 4는 도 3에 의한 변형을 도시한 도면.
도 1에 입각한 대형 디젤 모터(1)가 다수의 나란히 배치된 실린더(2)를 포함하며, 상기 실린더의 배기 가스 배출구(3)는 모든 실린더(2) 상부에 연장되어 있는 배기 가스 수집관(4)과 연결된다. 상기 배기 가스 수집관(4)으로부터 배기 가스 터보 블로어(exhaust gas turboblower: 6)까지 배기 가스 도관(5)이 연결되고, 상기 배기 가스 터보 블로어는 배기 가스에 의해 움직이는 터빈(turbine: 7) 및 실린더(2)로부터 공급된 차지(charge)를 제공하기 위한 컴프레서(compressor: 8)를 포함한다. 상기 배기 가스 도관(5)은 상기 터빈(7)의 흡인관(9)과 연결된다. 상기 터빈(7)의 방출관(10)은 채널 형태의 방출 채널(11)로 통한다.
상기 배기 가스 터보 블로어(6)의 컴프레서(8)는 차지 냉각기(charge cooling: 12)의 다음에 배치되고, 상기 차지 냉각기는 도관 연결부 위에서 컴프레서(8)의 압축 조인트(pressure joint: 13)와 함께 연결된다. 본 발명에서 상기 도관 연결부는 상기 압축 조인트(13)와 연결되는 파이프(14) 및 상기 파이프와 연결되고 상기 차지 냉각기(12)로 이어지는 디퓨저(diffuser: 15)로 구성된다.
상기 배기 가스 터보 블로어(6) 특히, 상기 배기 가스 터보 블로어(6)의 컴프레서(8) 내에 생성된 음파는 유동하는 매개물의 유동 방향으로 또는 공기 및 배기 가스의 유동 방향으로 확산되고, 이로써 상기 배기 가스 터보 블로어(6) 다음에 배치되는 구성요소가 진동을 위해서 그리고 진동에 의한 소리 발산을 위해서 제안된다. 상기 구성요소와 반대로 작동하기 위해서 상기 배기 가스 터보 블로어(6)의 영역 내에 적어도 하나의 소음기가 제공되며, 상기 소음기는 소리 차단기와는 대조적으로 소리를 차단만 하는 것이 아니고 흡수하게 된다. 상기 소음기는 상기 배기 가스 터보 블로어(6) 내에 삽입되거나 혹은 부품의 주변에 유동의 흐름에 따라 배치된다. 상기 배기 가스 터보 블로어(6)로부터 분리된 첫 번째 라인내의 도관이 본 발명을 위해서 소리가 유동 흐름 방향으로 확산되도록 고려된다. 본 발명에서 소음기의 설치를 쉽게 하는 것이 파이프 형태의 요소라는 것이 중요하다.
상기한 소음기는 조밀한 설비 용적 및 높은 수명 및 공지된 헬름홀쯔 공진기 원리에 따른 원활한 댐핑 작용을 수행하도록 제작된다. 헬름홀쯔 공진기(Helmholtz-resonator) 원리는 도 2에 도시된다. 본 발명에서는 챔버(16)가 구비되며, 상기 챔버는 자신을 경계 지우는 벽(wall: 18)에서 보어(bore: 17)를 통해 유동하는 매개물과 결합된다. 보어(17)내에 머무르고 인접하는 유동 매개물의 용적(volume: 20)은 부딪히는 음파(19)에 의해 보어(17) 영역 내에 생겨난 마찰을 감쇠시키는 진동을 위해서 제안된다. 상기 챔버(16)내에 머무르는 유동 용적은 여기에서 스프링으로서 작동한다. 그럼으로써 전체는 마찰 감쇠하는 스프링-보디-진동기로 나타난다. 목적에 따라 상기 보어(17)의 상부 표면이 발생된 마찰을 높이도록 형성된다. 상기 시스템은 진동하는 보디 및 스프링에 따라서 공진기로 제조되며, 이때 최대 진폭이 생겨나게 되고, 상기 최대 진폭은 다시 최대 마찰을 초래하며, 이로써 많은 소리 에너지(sound energy)가 사라진다.
상기 컴프레서(8)의 압축 조인트(13)에 연결된 도관 연결부 영역에서 차지 냉각기(12)에 대해 본 발명에 의한 소음기가 구비되면, 상기 배기 가스 터보 블로어(6)의 컴프레서(8)는 소음의 주 근원지이고 상기 컴프레서에서 생겨한 소음은 유동 흐름 방향으로 확산되기 때문에 더욱 바람직한 결과가 초래된다. 상기 소음기는 파이프(14)에 배치될 수 있다. 추가적 혹은 선택적으로 상기 디퓨저(15)에 소음기가 구비될 수 있다. 여기에서 소음기가 길면 길수록 효과는 더욱 좋아진다. 상기 소음기가 높은 곳에 배치되고 촘촘히 배치되면 터빈의 날개를 움직이게 하는 요소 다음에 배치되는 요소가 음파로 방해받거나 혹은 광범위하게 감소되어서 고유한 소리 감쇠 방법이 더이상 고려되지 않는다. 본 발명에서는 디젤 모터(1)의 흡인 시스템을 위해서 특별히 사용된다.
도 3 및 4는 본 발명에 의한 소음기(21)가 구비된 파이프(14)의 단면도이다. 상기 소음기(21)는 유동 채널(22)을 경계 지우며 구멍난 플레이트(23)로서 형성된 벽으로 구성된다. 상기 소음기는 방사상 간격을 두고 배치되는 외측 파이프(24)에 의해 둘러싸인다. 상기 구멍난 플레이트(23)와 상기 외측 파이프(24) 사이에 챔버(25)가 형성되며, 상기 챔버는 상기 구멍난 플레이트(23)의 구멍(26) 위에서 유동 채널(22)내의 유동 매개물과 결합된다. 도 3에 의한 실시예에서는 상기 소음기의 전체 길이를 걸쳐 이어지는 챔버(25)가 구비된다. 도 4에 의한 또 다른 실시예에서는 구멍난 플레이트(23)와 외측 파이프(24)사이의 공간이 격벽(27)에 의해 복수의 작은 챔버(25a)로 분할된다. 상기 작은 챔버는 상기 구멍난 플레이트(23)의 구멍(26)이 한 줄씩만 배치된다. 상기 구멍들(26)의 측면은 높은 공기에 의한 마찰이 발생하도록 형성된다.
각각의 구멍(26)의 영역에서 위에서 설명한 헬름홀쯔 공진기의 작용이 일어난다. 자신의 분배 상태와 같은 상기 구멍(26)의 직경, 구멍난 플레이트(23)의 플레이트 두께 및 상기 챔버(25, 25a)의 깊이와 같은 구멍의 길이는 개별적인 경우의 상태에 따라 결정되어야 한다. 즉 예상되는 음파의 파장에 맞추어진다는 것이다. 본 발명의 실시예에서는 구멍난 플레이트(23)의 구멍 부분은 전체 플레이트의 0.9% 영역 내에 존재한다. 전체 플레이트의 약 0.5% 내지 1.5% 영역 내에 존재한다면 상기 구멍에 의해 플레이트가 크게 약화되지 않는다. 구멍의 분배 즉, 구멍간의 간격 t는 본 발명의 실시예에서는 약 9㎜로 정해진다. 상기 구멍의 직경은 1㎜로 정해진다. 이와 마찬가지로 상기 구멍난 플레이트(23)의 플레이트 두께 및 구멍의 길이도 1㎜로 정해진다. 상기 챔버의 깊이 k는 본 발명에서는 약 15㎜로 정해진다. 이로써 본 발명에 의한 조치가 특별히 조밀한 구조물을 위해 가능하다는 것이 명백해 진다.
도 3에 의한 실시예는 모든 구멍(26)에 이어지며, 분할되지 않은 챔버(25)로 특히 간단한 실시 형태를 생겨나게 한다. 단지 하나의 구멍(26) 또는 소수의 구멍(26)이 배치되는 복수의 작은 챔버(25a)로 이루어진 도 4에 의한 실시예에 있어서, 상이한 챔버(25)의 영역 내에 감쇠율(attenuation ratio)이 상이한 파장에 맞추어짐으로써 큰 감쇠 대역 넓이(damping band width)가 생겨날 수 있게 된다.
상기 파이프(14)에 배치되는 소음기(21)에 대해 선택적이며 추가적으로 상기 배기 가스 터보 블로어(6) 내부 혹은 그 자신의 주변 영역 내에서 유동 안내 요소는 본 발명에 의한 소음기를 또한 구비할 수 있다. 그래서 상기 컴프레서(8)의 압축 조인트(13) 및/또는 컴프레서의 하우징 및/또는 흡인관 및/또는 컴프레서의 흡인관 각각에 상기 소음기가 배치될 수 있다. 또한 터빈의 측면에 본 발명에 의한 소음기가 사용되는 것이 바람직하다. 그래서 예를 들어 방출관(10)에 연결된 방출 채널(11) 및/또는 방출관(10) 및/또는 흡인관(9) 및/또는 상기 흡인관에 연결되는 배기 가스관(5) 및/또는 배기 가스 터보 블로어(6)의 터빈(7)의 터빈 하우징에 상기 소음기(21)가 구비될 수 있다. 상기한 소음기는 이미 서술한 바와 같이 개별적 혹은 추가적으로 준비될 수 있다.
본 발명에 의한 리프팅 피스톤 내연 기관이 설치가 간단하고 비용이 저렴한 소음기를 구비함으로써 간단하면서도 조밀하게 구성되고 또한 높은 댐핑력과 긴 수명을 가지게 된다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 배기 가스 터보 블로어(turboblower: 6)를 구비하고, 상기 터보 블로어의 차지 출구(charge exit: 13)는 연결 도관을 사용하여 차지 냉각기(charge cooling: 12)와 결합되며, 배기 가스 터보 블로어와 차지 냉각기는 소리의 발산을 감소시키기 위한 수단에 배치되는 대형 디젤 모터의 리프팅 피스톤(lifting piston) 내연 기관(internal combustion engine)에 있어서,
    상기 배기 가스 터보 블로어(6) 영역 내에서 헬름홀쯔 공진기(Helmholtz-resonator)의 원리에 입각한 소음기(sound absorber: 21) 및 적어도 하나의 챔버(chamber: 25)를 구비한 적어도 하나의 유동 안내 요소(flow guide element)를 포함하며,
    상기 챔버는 구멍 난 플레이트(23)에 의해 유동 채널(flow channel: 22)과 분리되며, 상기 소음기는 채널(25)의 용적과 상기 구멍 난 플레이트(23)의 구멍(26)내에 존재하는 공기의 양에 따라서 작동하는 리프팅 피스톤 내연 기관.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소음기(21)를 구비하는 적어도 하나의 유동 흐름 요소가 상기 배기 가스 터보 블로어(6)의 주변 영역에 배치되는 리프팅 피스톤 내연 기관.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 소음기(21)를 구비하는 적어도 하나의 유동 흐름 요소가 배기 가스 터보 블로어(6)로부터 이어지며 파이프 형태인 리프팅 피스톤 내연 기관.
  4. 제 1항, 제 2항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스 터보 블로어(6)의 차지 출구(13)에 연결되는 파이프(14)가 소음기(21)를 구비하는 리프팅 피스톤 내연 기관.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 차지 냉각기(12)로 이어지는 디퓨저(diffuser: 15)가 소음기(21)를 구비하는 리프팅 피스톤 내연 기관.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 구멍난 플레이트(23)의 모든 구멍(26)이 공통의 챔버(25)에 이어지는 리프팅 피스톤 내연 기관.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍난 플레이트(23)로부터 경계를 이루는 공간이 격벽(隔璧: 27)에 의해 복수의 챔버(25a)로 분할되는 리프팅 피스톤 내연 기관.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(25, 25a)가 방음재를 포함하지 않는 리프팅 피스톤 내연 기관.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍난 플레이트(23)의 구멍 부분이 전체 플레이트의 0.9% 이하인 리프팅 피스톤 내연 기관.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍(26)의 측면이 높은 공기 마찰이 발생되도록 형성되는 리프팅 피스톤 내연 기관.
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